关于粉末冶金，你知道多少？

粉末冶金作为一种既古老又充满活力的先进材料制备和成形技术，起源于古代陶瓷制备技术和炼铁技术，直至1909年，粉末冶金法延性钨的问世，标志着近现代粉末冶金时代的来临。一百多年来，粉末冶金技术蓬勃发展，各种重要新型材料和关键性制品不断涌现，成为当今国民经济和科学技术不可或缺的重要工程技术之一。

机械粉碎法：靠机械力将块状金属或合金碎成粉末，设备简单、成本低、产量大，但粉末形状不规则、粒度分布宽，易引入杂质。

雾化法：把熔融金属液用高压气体（氮气、氩气）或高速水流喷成小液滴，冷却凝固成粉末。气体雾化法粉末球形度高、流动性好，适合造高性能零件；水雾化法成本低、效率高，粉末形状不规则，常用于普通钢铁粉末及性能要求不高的制品。

还原法：用氢气、一氧化碳等还原剂将金属氧化物还原成粉末，纯度高、活性大，烧结活性高，能低温致密化，但生产需高温和特定气氛，设备投资大、成本高。

电解法：电解金属盐溶液或熔融盐，使金属离子在阴极析出成粉末，纯度极高、粒度细且均匀，适用于对纯度和粒度要求高的领域，如电子材料，但生产效率低、能耗大、成本高。

（二）成型

模压成型：把预处理后的金属粉末放模具，施压压实成型，步骤包括装粉、压制、脱模，适用于形状简单、精度要求高的制品，如齿轮。优点是设备简单、效率高、成本低，可大规模生产；缺点是复杂制品模具设计制造难，密度均匀性难保证。

等静压成型：利用液体均匀传压，将粉末装弹性模具放高压容器施压成型。冷等静压室温下进行，适合形状复杂、密度要求高的制品；热等静压高温高压同时作用，用于高性能航空航天材料等。优点是制品各方向密度均匀，适合大型复杂制品；缺点是设备贵、周期长、成本高。

注射成型：将金属粉末与粘结剂混合成注射料，用注射机注入模具型腔成型，适合制造高精度复杂小型零件，如电子元器件，优点是成型效率和精度高，适合大规模生产；缺点是粘结剂选择和去除是难题，处理不当影响制品性能。

（三）烧结

常规烧结：在合适温度和气氛（氢气、氮气、真空等）下加热成型坯体，使粉末颗粒结合，提高密度和强度。氢气气氛除杂质，氮气防氧化，真空适用于对氧含量要求高的材料。

热压烧结：烧结时施压，在专用设备中进行，模具用石墨等材料。能降低烧结温度、缩短时间，获得更高密度和性能的制品，常用于高性能陶瓷等材料制备。

放电等离子烧结（SPS）：通过脉冲电流产生放电等离子体和焦耳热快速加热烧结。可清除颗粒表面杂质，激活表面，升温快（100~1000℃/min）、时间短（几分钟到几十分钟）、能抑制晶粒长大，用于制备纳米材料等。

（一）金属增材制造（3D打印）与粉末冶金的融合

金属增材制造技术近年来发展迅猛，它与粉末冶金的结合为复杂零部件的制造带来了新的突破。通过3D打印技术，可以直接将金属粉末逐层堆积成型，制造出具有复杂内部结构和个性化设计的零件。这种技术不仅减少了材料浪费和加工工序，还能实现传统加工方法难以制造的零件制造，如航空发动机的复杂叶片等。

（二）纳米粉末冶金技术

随着纳米技术的发展，纳米粉末冶金技术应运而生。纳米级的金属粉末具有比表面积大、活性高、烧结驱动力大等特点，能够制备出具有优异力学性能、电学性能和磁学性能的纳米结构材料。目前，纳米粉末冶金技术在制备高性能磁性材料、超导材料和高强度合金等方面取得了显著进展。

通过在金属粉末中添加各种增强相（如陶瓷颗粒、纤维等），制备出性能优异的粉末冶金复合材料。这些复合材料结合了金属和增强相的优点，具有高强度、高硬度、耐磨性好和耐高温等特性，广泛应用于航空航天、汽车制造和机械工程等领域。例如，在铝合金粉末中添加碳化硅颗粒制备的铝基复合材料，其强度和硬度得到显著提高，同时保持了铝合金的低密度特性。